package com.guet.DataStructures.stack;

/**
 * @author MicahYin
 * @date 2020/11/13 11:32
 * 使用栈来实现综合计算器（中缀表达式）
 */
public class Calculator {
    public static void main(String[] args) {
        String expression = "30+2*6-5";
        //创建两个栈，数栈和符号栈
        ArrayStack2 numStack = new ArrayStack2(10);
        ArrayStack2 operStack = new ArrayStack2(10);
        //定义需要的相关变量
        int index=0;//用于扫描
        int num1 = 0;
        int num2 = 0;
        int oper = 0;
        int res = 0;
        char ch = ' ';//将每次扫描得到的char保存到ch
        String keepNum="";//用于拼接 多位数
        //开始while循环的扫描expression
        while (true){
            //依次得到expression的每一个字符
            ch=expression.substring(index,index+1).charAt(0);
            //判断ch是什么，然后做相应的处理
            if (operStack.isOper(ch)){//如果是运算符
                if (operStack.isEmpty()){//如果符号栈为null，直接将符号加入
                    operStack.push(ch);
                }else {//如果不为null，先比较操作符，进行计算
                    /**
                     * 如果符号栈有操作符，就进行比较,如果当前的操作符的优先级小于或者
                     * 等于栈中的操作符,就需要从数栈中pop出两个数，在从符号栈中pop出
                     * 一个符号，进行运算，将得到结果，入数栈，然后将当前的操作符入符
                     * 号栈
                     */
                    if (operStack.priority(ch)<=operStack.priority(operStack.peek())){
                        num1=numStack.pop();
                        num2=numStack.pop();
                        oper=operStack.pop();
                        res=numStack.cal(num1,num2,oper);
                        //将结果存入栈
                        numStack.push(res);
                        //切记，将当前操作符入栈
                        operStack.push(ch);
                    }else {
                        //如果当前的操作符的优先级大于栈中的操作符，就直接入符号
                        operStack.push(ch);
                    }
                }
            }else {//如果是数字，则直接入栈
                /**
                 * 思路分析
                 * 1.当处理多位数时，不能发现是一个数就立即入栈，因为他可能是多位数
                 * 2.在处理数，需要向expression 的表达式的index 后再看一位,
                 *   如果是数就进行扫描，如果是符号才入栈
                 * 3. 因此我们需要定义一个变量字符串，用于拼接
                 */
                //处理多位数
                keepNum+=ch;
                if (index==expression.length()-1){
                    //若是最后一位，则直接存入栈
                    numStack.push(Integer.parseInt(keepNum));
                }else {
                    //判断下一个字符是不是数字，如果是数字，就继续扫描，如果是运算符，则入栈
                    //注意是看后一位，不是index++
                    if (operStack.isOper(expression.substring(index+1,index+2).charAt(0))){
                        //是云算法才入栈
                        //如果最后一位是运算符，则入栈keepNum="1"或者"123"
                        numStack.push(Integer.parseInt(keepNum));
                        //将keepNum清空
                        keepNum="";
                    }
                }
            }
            index++;
            if (index>=expression.length()){
                break;
            }
        }
        //表达式扫描完毕，就顺序从数栈和符号栈中pop出相应的数和符号，并进行计算
        while (true){
            if (operStack.isEmpty()){
                break;
            }
            num1=numStack.pop();
            num2=numStack.pop();
            oper=operStack.pop();
            res = numStack.cal(num1,num2,oper);
            numStack.push(res);
        }
        int res2=numStack.pop();

        System.out.printf("表达式%s = %d",expression,res2);
    }
}

/**
 * 先创建一个栈，直接使用前面创建好的
 * 定义一个ArrayStack2表示栈，需要扩展功能
 */
class ArrayStack2{
    private int maxSize;//栈的大小
    private int[] stack;//数组，数组模拟栈，数据就放在该数组
    private int top=-1;//top表示栈顶，初始化为-1
    //函数构造器
    public ArrayStack2(int maxSize){
        this.maxSize=maxSize;
        stack=new int[this.maxSize];
    }

    /**
     * 判断栈是否满
     * @return 栈是否满
     */
    public boolean isFull(){
        return maxSize-1==top;
    }

    /**
     * peek方法，返回当前栈顶的值，但不是真正的pop
     * @return
     */
    public int peek(){
        return stack[top];
    }
    /**
     *
     * @return 判断栈是否为null
     */
    public boolean isEmpty(){
        return top==-1;
    }

    /**
     * 入栈
     * @param value 加入栈的值
     */
    public void push(int value){
        //先判断栈是否满
        if (isFull()){
            System.out.println("栈满");
            return;
        }
        top++;
        stack[top]=value;
    }

    /**
     * 出站
     * @return 出站的值
     */
    public int pop(){
        if (isEmpty()){
            //抛出异常
            throw new RuntimeException("栈空，没有数据~");
        }
        int value = stack[top];
        top--;
        return value;
    }
    public boolean isOper(char val){
        return val=='+'||val=='-'||val=='*'||val=='/';
    }
    /**
     * 遍历栈，将所有的元素在控制台打印
     * 遍历时，先从栈顶开始显示数据
     */
    public void show(){
        if (isEmpty()){
            System.out.println("栈为空，没有数据~~");
            return;
        }
        //需要从栈顶开始显示数据
        for (int i=top;i>=0;i--){
            System.out.printf("stack[%d]=%d\n",i,stack[i]);
        }
    }

    /**
     * 返回运算符的优先级，优先级是程序员定义的，优先级用数字表示
     * @param oper 运算符
     * @return 数字越大，优先级越高
     */
    public int priority(int oper){
        if (oper=='*'||oper=='/'){
            return 1;
        }else if (oper=='+'||oper=='-'){
            return 0;
        }else {
            return -1;//假定目前支持的表达式只有 + - * /
        }
    }

    /**
     * 计算方法
     * @param num1 pop出的参数1
     * @param num2 pop出的参数2
     * @param oper 操作符
     * @return 计算结果
     */
    public int cal(int num1,int num2,int oper){
        int res = 0;
        switch (oper){
            case '+':
                res = num1+num2;
                break;
            case '-':
                res = num2-num1;//此处需要特别注意运算的顺序
                break;
            case '*':
                res = num1*num2;
                break;
            case '/':
                res = num2/num1;
                break;
            default:
                break;
        }
        return res;
    }
}